中國(guó)西北地區(qū)沙塵氣溶膠輻射強(qiáng)迫效應(yīng)的研究.pdf

1、沙塵氣溶膠對(duì)太陽輻射能量強(qiáng)烈的吸收作用，不僅會(huì)改變地表能量平衡，而且還會(huì)通過改變大氣的輻射加熱結(jié)構(gòu)，加速大氣低層水汽和云的蒸發(fā)，從而抑制和減弱局域降水。因此研究西北地區(qū)氣溶膠的輻射強(qiáng)迫作用，對(duì)了解沙塵氣溶膠對(duì)這一區(qū)域大氣能量平衡和水份循環(huán)的影響，特別是對(duì)西北地區(qū)干旱的影響，有著重要意義。本論文利用CERES、MODIS和CALIPSO等衛(wèi)星遙感資料及地面觀測(cè)資料，借助于輻射傳輸模式，著重詳細(xì)研究了沙塵氣溶膠的直接輻射強(qiáng)迫效應(yīng)，定量計(jì)算了

2、沙塵的直接輻射強(qiáng)迫值及其對(duì)大氣輻射加熱率的影響；初步揭示了沙塵與云的相互作用對(duì)輻射能量平衡的影響，并在此基礎(chǔ)上提出了分離沙塵氣溶膠直接輻射強(qiáng)迫效應(yīng)與間接/半直接綜合輻射強(qiáng)迫效應(yīng)的方法。西北沙塵氣溶膠一直缺乏詳細(xì)可靠的光學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)庫，區(qū)域輻射強(qiáng)迫的計(jì)算存在著很大的不確定性。本論文首次利用2008年中美聯(lián)合觀測(cè)的張掖站數(shù)據(jù)反演得到的沙塵粒子的光學(xué)特性，特別是單次散射反照率，計(jì)算了西北地區(qū)的輻射強(qiáng)迫。利用輻射閉合試驗(yàn)驗(yàn)證了反演的沙塵粒子參數(shù)的

3、可靠性，在試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上計(jì)算了沙塵氣溶膠在大氣層頂和地表的日平均輻射強(qiáng)迫值。結(jié)果表明雖然沙塵氣溶膠在大氣層頂?shù)妮椛鋸?qiáng)迫值都接近于零，但是在地表卻表現(xiàn)出很大的負(fù)的輻射強(qiáng)迫值，這種地表與大氣層頂很大的差值說明，大氣中的沙塵氣溶膠有效阻擋了太陽光到達(dá)地表，增加了大氣中太陽短波的吸收，這勢(shì)必會(huì)影響大氣的垂直溫度分布，對(duì)大氣層結(jié)的穩(wěn)定和水分循環(huán)產(chǎn)生影響。氣溶膠的垂直廓線對(duì)大氣加熱率和輻射強(qiáng)迫的的計(jì)算至關(guān)重要，但由于觀測(cè)手段的限制，區(qū)域和全球尺度

4、上的氣溶膠垂直廓線的問題一直沒有解決。本論文利用最新發(fā)射的CAPLISO衛(wèi)星數(shù)據(jù)得到了塔克拉瑪干地區(qū)沙塵氣溶膠的垂直廓線，并輸入Fu-liou模式，計(jì)算了沙塵輻射強(qiáng)迫值及加熱率的垂直分布。結(jié)果表明由于沙塵的強(qiáng)吸收性，使得很大一部分太陽輻射被吸收留在了大氣中，從而進(jìn)一步加熱大氣。在強(qiáng)沙塵出現(xiàn)時(shí)，伴隨著沙塵過程的加強(qiáng)發(fā)展，沙塵層大氣的加熱率可以從1K day-1，2K day-1增加到3K day-1，甚至沙塵最強(qiáng)時(shí)可以達(dá)到5.5Kday-

5、1。這項(xiàng)工作首次定量評(píng)估了在塔克拉瑪干沙漠中強(qiáng)沙塵暴發(fā)生時(shí)，沙塵層對(duì)大氣的加熱作用。
　　 本文還通過分析4年的CERES衛(wèi)星資料比較了純?cè)茀^(qū)(CLD)和被沙塵污染過的云區(qū)(COD)云微物理特性和輻射強(qiáng)迫的變化，再次證實(shí)了當(dāng)云下有沙塵出現(xiàn)時(shí)，沙塵粒子對(duì)云光學(xué)特性有顯著的改變；并發(fā)現(xiàn)沙塵的存在會(huì)明顯減弱云在大氣層頂?shù)睦鋮s效應(yīng)，云冷卻效應(yīng)的減弱可認(rèn)為是由于沙塵增暖作用抵消的結(jié)果。而沙塵在TOA處的這種增暖效應(yīng)，不僅包括直接效應(yīng)也包含